[發明專利]化學機械拋光(CMP)組合物在拋光包含鈷和/或鈷合金的基材中的用途

有效

• 申請號: 201780016852.1
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN108779367B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: M·勞特爾;H·O·格文茨;M·西伯特;蘭永清;S·A·奧斯曼易卜拉欣;R·M·戈扎里安;魏得育
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;C09G1/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉娜;劉金輝

本發明涉及化學機械拋光(CMP)組合物(Q)在化學機械拋光包含(i)鈷和/或(ii)鈷合金的基材(S)中的用途，其中該CMP組合物(Q)包含：(A)無機顆粒，(B)聚(氨基酸)和/或其鹽，(C)至少一種氨基酸，(D)至少一種氧化劑，(E)含水介質，其中該CMP組合物(Q)的pH為7至10。

技術領域

本發明實質上涉及化學機械拋光(CMP)組合物在拋光包含鈷和/或鈷合金的半導體工業的基材中的用途，該化學機械拋光組合物包含無機顆粒、作為腐蝕抑制劑的聚(氨基酸)、至少一種氨基酸、至少一種氧化劑及含水介質。本發明也涉及一種制造半導體裝置的方法，其包括在該化學機械拋光(CMP)組合物存在下化學機械拋光基材或層。CMP組合物展示關于鈷和/或鈷合金的經改進且可調節的蝕刻行為，以及良好拋光性能。

現有技術

在半導體工業中，化學機械拋光(簡寫為CMP)為用于制造先進的光學、微電子機械和微電子材料和裝置，例如半導體晶片的熟知技術。

在制造用于半導體工業的材料和裝置的過程中，CMP用于使金屬和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化學與機械作用的相互作用實現待拋光表面的平坦化。化學作用由也稱作CMP組合物或CMP漿料的化學組合物提供。機械作用通常由典型地壓在待拋光表面上且安放在移動壓板上的拋光墊進行。壓板的移動通常為線性、旋轉或軌道式。

在典型CMP工藝步驟中，旋轉晶片夾持具使待拋光晶片與拋光墊接觸。一般將CMP組合物應用于待拋光晶片和拋光墊之間。

隨著在超大規模集成電路(ULSI)技術中特征尺寸連續縮減，銅互連結構的尺寸變得愈來愈小。為減少RC延遲，銅互連結構中的障壁或粘合層的厚度變得更薄。傳統銅障壁/粘合層堆棧Ta/TaN不再適合，因為Ta的電阻率相對較高且銅不能直接電鍍至Ta上。相比于Ta，鈷具有更低電阻率且更便宜。Cu與Co之間的粘合為良好的。Cu可易于成核于Co上，銅也可直接電鍍于鈷上。

在集成電路中，Co用作銅互連件的粘合或障壁層，同時Co也可用作內存裝置中的納米晶Co和用作MOSFET中的金屬閘極。

多孔低k介電材料已用于當前互連結構中。據報導，低k材料可易于受等離子體或拋光漿料損壞。在當前化學機械拋光處理中，為減少對低k介電質的損壞，當前大多數用于銅和障壁的漿料為酸性。但觀測到銅和鈷易于遭受溶解于含有氧化劑(例如過氧化氫)的酸性溶液中。這使銅和鈷的拋光速率過高，使得其將誘發銅線的凹陷。另外，銅互連結構的側壁上的鈷粘合層的溶解可導致銅線分層且引起安全性問題。

取決于超大規模集成電路(ULSI)技術中的所用整合方案，Co、Cu和低k介電材料以不同量和層厚度共存就選擇性、腐蝕、移除速率和表面質量方面向用于半導體裝置制造的化學機械拋光的組合物提出多個挑戰。

在現有技術中，包含無機顆粒、聚(氨基酸)、氨基酸、氧化劑及含水介質的CMP組合物在拋光半導體工業的基材中的用途為已知的，且描述于例如以下參考文獻中。

CN 101463227 B公開用化學機械拋光漿料拋光障壁層的方法，該化學機械拋光漿料包含：研磨劑顆粒、氧化劑、成膜劑、有機螯合劑(例如聚天冬氨酸)、穩定劑及水。拋光液體具有更高Ta/TaN移除率，可適用于覆蓋材料(例如TEOS)、絕緣層材料(例如BD)的不同拋光步驟及Cu金屬移除率選擇比率需求，且可確保拋光后較低數量晶片表面缺陷及污染以及較高穩定性。

CN 101490192 B公開用于拋光低介電材料的拋光液體，該拋光液體包含研磨劑、水及一或多種金屬螯合劑、成膜劑唑及氧化劑，其中該金屬螯合劑為聚環氧琥珀酸、聚天冬氨酸、水解聚馬來酸酐、聚馬來酸酐-聚丙烯酸共聚物、丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物、丙烯酸-羥丙基丙烯酸酯共聚物或丙烯酸-丙烯酸-磷酸酯-磺酸酯共聚物。